L’isolation thermique du

bâtiment

Mai 2016

L’isolation thermique du bâtiment

Ce guide est une introduction à l’isolation thermique du

bâtiment. Il permet de saisir les principales notions techniques

entourant l’isolation thermique du bâtiment et de comprendre

comment fonctionne un isolant thermique.

1. Pourquoi isoler ?

Un bâtiment mal isolé laisse s’échapper la chaleur en hiver et

perd rapidement sa fraîcheur en été. Une mauvaise isolation

thermique des murs peut faire perdre jusqu’à 25% de la chaleur du

logement, ce chiffre atteignant 30% pour une isolation des combles

faible ou inexistante. Grâce à une isolation performante, les

factures de chauffage ou de climatisation liées à ces déperditions

thermiques baissent drastiquement.

Ainsi, effectuer des travaux d’isolation thermique permet de

réduire jusqu'à 80% les consommations d’énergie liées au

chauffage. En limitant les besoins en énergie du logement,

l'isolation thermique est l'accès principal aux économies d'énergie,

bien avant le renouvellement des équipements de chauffage et/ou

de refroidissement du logement.

2. Les phénomènes à l’œuvre

De nombreux phénomènes jouent si une isolation thermique

n’est pas mise en place. Le but est notamment d’éviter quatre

phénomènes :

Pertes de chaleur

Que ce soient les sols, les plafonds, les

toits ou les murs, il est nécessaire d’isoler toutes

les parois en contact avec l’extérieur. Les

demandes en isolation - et donc en résistance

thermique - varient suivant la zone à isoler car les

pertes énergétiques ne se répartissent pas de la

même façon dans le bâtiment. Le but étant

d’assurer une continuité de l’enveloppe isolante

autour des pièces de vie.

Ponts thermiques

Un pont thermique est un défaut

d’isolation où il existe une discontinuité de

l’enveloppe isolante continue entraînant

d’importantes pertes thermiques. Un

raccordement plancher-mur extérieur, une gaine

de ventilation ou un cadre de fenêtre mal isolés en

sont des exemples. Ces ponts thermiques doivent

être traités car ils engendrent des pertes

thermiques mais également un refroidissent des

parois.

Parois froides

Au sein d’une pièce, la température

ressentie par un corps humain correspond à la

moyenne entre la température de l’air de la pièce

et la température de surface des parois

l’entourant. A titre d’exemple, si dans une pièce à

une température de 21°C les parois sont à une

température de 13°C, la température résultante

ressentie sera de 17°C. D’où une forte sensation

d’inconfort thermique, qui se traduira par

l’augmentation des apports en chauffage pour

compenser ce déséquilibre. Bien isoler signifie

donc augmenter la température des parois, ce qui

permet ainsi de réduire sa facture énergétique.

Condensation

La vapeur d’eau contenue dans l’air ou dans

une paroi se condense à partir d’une certaine

température pour un taux d’humidité donné. Si le

taux d’humidité d’une pièce à 25°C est de 50% et

que la température de la paroi est à 14°C, alors

l’humidité va se condenser en surface sur le mur.

Cette condensation va alors dégrader les

matériaux de la paroi et provoquer des dangers

sanitaires tels que moisissures et problèmes

d’humidité. Si la paroi avait été à 20°C, il n’y aurait

pas eu d’apparition de condensation.

3. Le transfert de chaleur

L’isolation thermique est l’ensemble des techniques mises en

œuvre pour limiter les transferts de chaleur depuis un milieu chaud

vers un milieu froid. C’est notamment via ces mouvements de

chaleur que les bâtiments se refroidissent en hiver (la chaleur passe

de l’intérieur vers l’extérieur) et se réchauffent l’été (la chaleur

passe de l’extérieur vers l’intérieur). Il existe trois grands modes de

transmission de la chaleur, souvent couplés entre eux, pour

expliquer toutes les situations de transfert thermique :

Conduction

C’est un mode de transfert thermique qui s’effectue par

une simple interaction de molécules sans déplacement de matière.

En présence d’une forte température, les molécules présentes dans

la zone la plus chaude vibrent et se heurtent vivement entre elles.

Elles transmettent alors leur énergie aux molécules voisines qui à

leur tour retransmettent cette énergie ; la chaleur est transmise.

Convection

On définit la convection comme un déplacement de chaleur au sein d'un fluide (eau, air) via un déplacement d’ensemble de molécules d'un point à un autre. En effet, quand un fluide est chauffé, il se dilate, devient plus léger et monte. Ce fluide est alors remplacé par un fluide plus froid qui est à son tour réchauffé : une convection naturelle se met alors en place. Si un apport extérieur permet d’accélérer cette transmission de chaleur, on parle alors de convection forcée.

Rayonnement

Ce processus de transmission d’énergie s’effectue via l’émission de

rayonnements de la part d’un corps ou d’un objet en direction de

son environnement. Ce transfert s’effectue entre deux surfaces

séparées par de l’air ou du vide sans déplacement de molécules. Le

cas le plus concret est le rayonnement du soleil à la surface de la

terre.

4. Quelles caractéristiques pour un isolant

thermique ?

Ces trois modes de transfert de chaleur entrent en jeu dans la

thermique du bâtiment. La conduction thermique est en revanche

prépondérante dans le transfert de chaleur à travers une paroi.

Trois paramètres permettent de caractériser un matériau et une

paroi isolante :

Conductivité thermique

Le principal paramètre permettant de caractériser la capacité d’un

matériau à transmettre la chaleur est la conductivité thermique (λ),

en W/m.K. C’est une caractéristique intrinsèque au matériau. Une

faible conductivité thermique implique une faible transmission de

chaleur et donc une forte isolation thermique. Est dit isolant un

matériau qui possède une conductivité thermique inférieure à 0,065

W/m.K.

Résistance thermique

Afin de quantifier la résistance au flux de chaleur pour une

épaisseur de matériau donnée, on utilise la résistance thermique

(R), exprimée en m².K/W. Ce critère mesure la performance d’un

isolant pour une épaisseur donnée. La résistance thermique est

reliée à la conductivité thermique λ et l’épaisseur e par la relation :

R = e / λ. Plus cette résistance est importante, plus les pertes de

chaleur à travers une paroi seront faibles.

Coefficient de transmission thermique d’une paroi

Pour mesurer la résistance au flux de chaleur d’une paroi,

et donc d’une succession de matériaux, il suffit d’ajouter la

résistance thermique de chaque couche et on obtient alors une

résistance thermique totale. Le coefficient de transmission

thermique (U) correspond à l’inverse de cette résistance thermique

totale. Il représente la capacité d’une paroi à transmettre la

chaleur. Une correction est apportée pour prendre en compte les

défauts d’un mur tels que des éléments de fixation, défauts

d’étanchéité à l’air, etc. Plus cette valeur est faible, plus le mur est

isolant.

Le coefficient de transmission thermique étant difficilement

calculable, on considère par approximation que la résistance

thermique du mur correspond à la somme de la résistance

thermique des isolants. La réglementation thermique actuelle

conseille une valeur de résistance thermique de R = 5 m².K/W pour

les parois verticales en contact avec l’extérieur.

Ci-contre sont indiqués à titre d’exemple l’épaisseur de

différents matériaux pour obtenir une même valeur de résistance

thermique (5 m².K/W).

Pierre

Béton

Bois

Isolants

de 7 à 25 cm

50 cm

4 m

14 m

5. Les principaux isolants thermiques

Un isolant thermique se doit de répondre à toutes les exigences

proposées par une architecture, un environnement donné et un

confort de vie souhaité. Tous les isolants n’ont pas les mêmes

propriétés, et certains sont mieux adaptés suivant les situations

rencontrées. On peut regrouper ces isolants par famille.

Les isolants traditionnels

Les isolants minéraux Les isolants de cette catégorie sont la laine de verre, la

laine de roche, la perlite, la vermiculite et le verre cellulaire. Les

laines minérales, isolants majoritaires de cette catégorie, sont

fabriquées à partir de fibres minérales qui sont enchevêtrées et

liées entre elles par collage. L’air qui est un excellent isolant est

alors emprisonné entre ces fibres et garantie une bonne isolation.

Ces produits se trouvent sous forment de matelassés et de

panneaux.

Les isolants synthétiques Le polystyrène (PS) peut être présenté sous deux formes :

expansé (EPS), où des billes de PS sont expansés à la vapeur d’eau

et se collent entre elles pour former un isolant à structure cellulaire

fermée, ou extrudé (XPS), où des billes de monomère styrène

(fragments d’une chaîne de polystyrène) sont mélangées avec un

agent gonflant (CO2 généralement) et extrudées. On les appelle

également polystyrène « blanc » ou « gris ». Ils se présentent sous

forme de panneaux.

Le polyuréthane (PU) est fabriqué par expansion d’une

mousse comportant un agent gonflant possédant une faible

conductivité thermique. Se créent alors des structures cellulaires

fermées renfermant ces gaz. Il se trouve sous forme de panneaux.

Les isolants d’origine végétale et animale La ouate de cellulose en vrac, fabriqué via le recyclage de

journaux et le liège en panneaux ou granules sont les principaux de

cette catégorie. Il existe également de nombreux autres isolants

d’origine végétale (chanvre, lin, coton, paille ou encore laine de

bois), ou animale (laine de mouton, plumes de canard) plus ou

moins utilisés dans l’isolation du bâtiment.

Les nouveaux isolants

Développés depuis quelques années, ce sont des isolants

possédant d’excellentes propriétés thermiques très en-deçà de la

conductivité thermique de l’air immobile. On retrouve ici les

panneaux isolants sous vide, dits PIV, et l’aérogel de silice, un

matériau se présentant sous forme de granules et de panneaux. Ce

dernier est fabriqué par évaporation d’un gaz contenu dans un gel.

Ce processus va créer alors une structure poreuse qui va fortement

limiter le passage de la chaleur. C’est ce matériau qui est développé

et industrialisé par Enersens, leader européen de cette technologie.

6. L’aérogel de silice

Une brève introduction à l’aérogel de silice, technologie développée

par Enersens, qui permet de comprendre comment fonctionne

l’isolation thermique dans le cadre de ce matériau.

Des pores nanostructurés

L’aérogel de silice est un matériau qui se présente sous la

forme de granules légères et translucides. Ces granules ont une

dimension comprise entre 1 et 3,5 mm, et sont composées à 95%

d’air et à 5% de silice, un dérivé du sable. L’une des particularités de

ce matériau est sa très faible conductivité thermique. A l’échelle du

grain, les valeurs descendent jusqu’à 0,012 W/m.K, soit la plus

faible conductivité thermique pour un matériau solide.

Cette faible conductivité

thermique est due à sa structure

poreuse, un des éléments centraux

de la technologie. En effet, ces

petites structures vont emprisonner

les molécules présentes dans l’air

afin de réduire fortement le

mouvement de ces dernières au sein

du matériau. La vibration des

molécules présentes dans l’air et les

cavités est alors restreinte, ce qui par

conséquence limite fortement la

transmission de chaleur.

Si on regarde à l’échelle d’un pore, tous les pores crées au

sein de cette structure sont interconnectés, on dit qu’ils sont à

structure ouverte. Ils permettent ainsi aux molécules de petite

taille - comme la vapeur d’eau - de traverser le réseau, ce qui lui

confère des propriétés d’isolation et de perméabilité à la vapeur

d’eau. On dit que le matériau respire.

Un matériau multi-système

Pour profiter pleinement de ses capacités d’isolation,

l’aérogel peut être incorporé dans de nombreux systèmes afin

d’obtenir des systèmes à haute performance : lit de granules,

remplissage de cavités, formulation de pâtes isolants, fabrication de

panneaux, de matelassés, etc. Il permet ainsi la création de

matériaux à haute performance et la diminution de façon drastique

de la conductivité thermique des systèmes et produits.

Ainsi, l’aérogel implique une forte diminution des pertes

énergétiques pour une même épaisseur d’isolant. Réciproquement,

il implique une diminution de l’épaisseur d’isolation pour une même

performance énergétique. Tout ceci permet donc de gagner de

l’espace, de l’énergie et d’améliorer le confort de vie au sein de

l’habitat.

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